Antena FPV- jaką wybrać, co to i jak działa?

Jak wybrać antenę FPV do drona wyścigowego? Podstawowe zagadnienia.

 

Antena FPV to najważniejsza część w systemie FPV jeżeli bierzemy pod uwagę stabilność obrazu oraz zasięg. To właśnie anteny mają największy wpływ na te czynniki. W tym artykule postaram się objaśnić najważniejsze pojęcia dla anten 5.8GHz lecz poruszone kwestie są uniwersalne dla wszystkich częstotliwości.

 

Co robi antena?

 

Antena przekształca energię elektryczną w fale elektromagnetyczne i na odwrót. W systemie FPV jest kluczowym elementem umożliwiającym bezprzewodowe połączenie między nadajnikiem VTX w modelu, a odbiornikiem VRX w goglach/monitorze FPV.

 

Budowa anteny FPV

 

Niezależnie od wyglądu wszystkie anteny FPV składają się z tych samych komponentów:

• Element aktywny- przewodzący materiał odpowiadający za wysłanie/odebranie fal radiowych
• Kabel ekranowany- specjalny rodzaj metalowego oplotu odpowiadający za zabezpieczenie „gorącej żyły” transportującej sygnał przed emitowaniem sygnału radiowego. Używany jest jest w celu przedłużenia anteny. Ten moduł nie jest wymagany w antenach typu „stubby” gdzie element aktywny jest podłączony bezpośrednio do złącza.
• Złącze/Wtyk- umożliwia podłączenie anteny do nadajnika/ odbiornika FPV bez konieczności lutowania.

Jako że materiały używane do produkcji anten nie są zbyt wytrzymałe powszechną praktyką wśród producentów jest zabezpieczanie elementu aktywnego plastikową osłonką. Nie należy jej zdejmować! Nie osłabia ona sygnału, natomiast znacząco zwiększa wytrzymałość anteny.

 

Polaryzacja

 

W antenach FPV występują dwa rodzaje- kołowa i liniowa.

• Liniowa- jest znacznie bardziej podatna na zakłócenia oraz zjawisko Multipath. Wymaga odpowiedniego ułożenia w celu uzyskania dobrego sygnału
• Kołowa- dzieli się na prawoskrętną (RHCP) oraz lewoskrętną (LHCP) co zmniejsza podatność na zjawisko Multipath. Nie wymaga specjalnego ułożenia i działa dobrze w większości pozycji

Na podstawie powyższych argumentów zaleca się używanie anten o polaryzacji kołowej tym bardziej, że obecnie na rynku dostępne są anteny o rozmiarach i wadze bardzo zbliżonych do anten liniowych jak np. Foxeer Lollipop.

 

Kierunkowość

 

Tutaj również występują dwa rodzaje- dookólna i kierunkowa

• Dookólna- jak sama nazwa mówi emituje sygnał równomiernie we wszystkich kierunkach. Najczęściej używana na nadajnikach i odbiornikach ze względu na uniwersalność i rozmiary
• Kierunkowa- emituje sygnał tylko w danym kierunku (często w specyfikacji podawany jest kąt promieniowania). Tego typu anteny najczęściej używa się na odbiornikach diversity aby zwiększyć zasięg.

*anteny kierunkowe również mają polaryzację*

 

 

Pomiary wydajności anteny

 

Najważniejsze z nich to:

• Zysk (Gain)
• Charakterystyka promieniowa (Radiation Pattern)
• Współczynnik osiowy (Axial Ratio)
• VSWR
• Dostrojona częstotliwość oraz szerokość pasma
• Oporność

Zysk

Jest to wyznacznik zasięgu oraz kąta promieniowania. Im większy zysk tym dalszy zasięg lecz węższy kąt promieniowania.

 

Charakterystyka promieniowa

Ten parametr obrazuje kształt promieniowania emitowanego przez antenę. Na podstawie wykresów promieniowania można określić mocne oraz słabe punkty anteny i tym samym lepiej zadbać o jej ułożenie na nadajniku/odbiorniku.

Poniżej przykładowy wykres promieniowania anteny typu Pagoda

Można z niego wywnioskować, że słabe punkty Pagody (oraz większości anten dookólnych) znajdują się na górze oraz na dole anteny. Jest to spowodowane ograniczeniami konstrukcyjnymi, których obecnie nie ma jak wyeliminować.  Z tego powodu wykresy promieniowania anten dookólnych kształtem przypominają bardziej donut’a niż kulę i należy o tym pamiętać przy ich pozycjonowaniu.

 

Współczynnik osiowy

Ten czynnik określa polaryzację anteny. Niestety nie ma anten emitujących sygnał tylko prawoskrętnie albo tylko lewoskrętnie. Typowa antena RHCP może emitować 90% sygnału prawoskrętnie i 10% lewoskrętnie. To właśnie zjawisko określa współczynnik osiowy.

Poniżej przykładowy wykres współczynnika osiowego anteny typu Pagoda

 

Częstotliwość i szerokość pasma

Wszystkie anteny dostrojone są pod konkretną częstotliwość oraz posiadają określoną szerokość pasma. W tym artykule wszystkie omawiane anteny są na częstotliwość 5.8GHz, natomiast szerokość pasma dla każdej jest inna (najczęściej wynosi około 500MHz).

Ustawiając nadajnik FPV najlepiej trzymać się środka pasma i unikać skrajnych kanałów np. z LowBand. Używanie tego typu częstotliwości w okolicy 5.6GHz po pierwsze jest nielegalne, a po drugie może doprowadzić do uszkodzenia nadajnika, ponieważ większość anten nie jest strojona dla tak niskich częstotliwości.

 

VSWR

VSWR czyli współczynnik fali stojącej najprościej mówiąc określa stosunek wyemitowanej energii do odbitej.

W idealnym świecie cała energia „włożona” do anteny zostaje przekształcona w fale radiowe, natomiast w rzeczywistości część energii zostaje w systemie. 

VSWR najczęściej wynosi od 1 do 2, natomiast im bliżej 1 tym lepiej.

*1 oznacza, że 100% „włożonej” energii zostaje wyemitowane w postaci fal radiowych*

 

*Jednakże porównując anteny nie warto sugerować się tylko ich specyfikacją. Trzeba pamiętać, że sprzęt pomiarowy może być niedokładny i cyfry ze specyfikacji wcale nie muszą pokrywać się z rzeczywistością. Stąd też najlepiej wybierać anteny markowe, gdzie ryzyko niedokładnych pomiarów lub wad produkcyjnych jest o wiele niższe.*

 

Rodzaje anten

 

Monopolowa

Najprostsza forma anteny, której elementem aktywnym jest po prostu odizolowana gorąca żyła. Daje najsłabsze rezultaty ze wszystkich dostępnych modeli jednak jest najtańsza i najprostsza w naprawie. Poza tym jest wyjątkowo lekka i prosta w montażu.

 

Dipol

Jest to ulepszona wersja anteny monopolowej, w której do kabla ekranowanego przylutowany został metalowy rękaw. Dzięki niemu skuteczność anteny ulega znacznej poprawie. Tego typu anteny dodawane są najczęściej do nadajników i odbiorników FPV. Są tanie i proste w montażu, jako że prawie zawsze mają zawias do regulacji kąta anteny. Zapewniają jednak słabe wzmocnienie oraz są podatne na zjawisko Multipath.

 

Grzybek/ koniczynka

W tym przypadku do gorącej żyły dolutowane są tzw. płaty, które znacząco poprawiają wydajność anteny oraz zapewniają jej polaryzację kołową. Jednak jeżeli nie zostaną odpowiednio zabezpieczone np. plastikową osłonką, są bardzo podatne na uszkodzenia. Nie jest to spowodowane tylko przez formę anteny, ale także przez użyty materiał, czyli najczęściej miedź.

 

Pagoda

Jest to stosunkowo młody typ anteny wyróżniający się ponadprzeciętną skutecznością oraz niezawodnością. Wynika to z rewolucyjnej metody w której do stworzenia elementu aktywnego wykorzystano płytki PCB. Dzięki temu nie wymagają strojenia, a ich koszty produkcji są wyjątkowo niskie. Posiadają polaryzację kołową.

 

Helical

Elementem aktywnym tego typu anten jest część przypominająca sprężynę. Zysk jest uzależniony od ilości zwojów owej „sprężyny”. Jednak im jest ich więcej, tym bardziej zwęża się kąt widzenia. Posiada polaryzację kołową.

 

Patch

Jest to antena kierunkowa, najczęściej niedużych rozmiarów. Może mieć polaryzację liniową oraz kołową. Bardzo popularny wybór do odbiorników diversity w goglach.

 

Złącze

 

 

 

SMA / RP-SMA

Duże, bardzo wytrzymałe złącze używane we wszystkich pełnowymiarowych antenach. Niestety również ciężkie i stosunkowo trudne w montażu.

 

UFL / IPEX

Miniaturowe złącze o bardzo niskiej wadze. Świetne rozwiązanie dla mniejszych modeli w skali mini lub micro. Najbardziej uniwersalne złącze ze względu na dużą swobodę montażu oraz możliwość zastosowania przejściówki dla pełnowymiarowych anten. Przez niewielkie rozmiary jest bardziej narażone na zużywanie oraz wypinanie.

*po wpięciu anteny/przejściówki polecam zabezpieczyć złącze np. klejem, taśmą, trytytką*

 

 

MMCX

Alternatywa dla złącz pełnowymiarowych oraz Ufl łącząca w sobie plusy obu rozwiązań. Znacznie mniejsze niż SMA lub RP-SMA. Pod względem wagi niewiele cięższe niż Ufl, natomiast o wiele bardziej wytrzymałe. Nie daje aż tak dużej swobody montażu lecz jest bardziej odporne na wypinanie. Posiada również przejściówki do złącz pełnowymiarowych.

 

Jaka antena do nadajnika, a jak do odbiornika?

 

W obu przypadkach polecam porządną antenę dookólną (np. Pagoda lub Lollipop). Polaryzacja nie ma znaczenia dopóki jest taka sama dla obu anten. Jest to najlepsze rozwiązanie zapewniające stabilne połączenie podczas spokojnego latania, jak i wykonywania ewolucji.

Jeżeli jednak posiadasz odbiornik Diversity, warto pomyśleć o zamontowaniu także anteny kierunkowej. Najlepiej sprawdzi się Patch ze względu na niewielkie rozmiary oraz dobry kąt widzenia. Polaryzacja musi być taka sama jak dla anteny na nadajniku FPV. 

Taki zestaw bez problemu zapewni stabilny zasięg nawet do kilku kilometrów, co w zupełności wystarczy do latania dronem wyścigowym.

!UWAGA! Niektóre anteny są przeznaczone tylko do nadajników FPV lub tylko do odbiorników FPV. W takim przypadku zawsze pojawia się stosowne oznaczenie:

• dla nadajników FPV: TX
• dla odbiorników FPV: RX

Używanie adapterów/przejściówek/przedłużaczy

 

Jeżeli istnieje taka możliwość należy ich unikać. Niezależnie od jakości wykonania zawszę będą powodowały minimalną utratę zasięgu. Jednakże czasami warto poświęcić te kilka procent aby lepiej ustawić antenę lub odsunąć ją od źródła zakłóceń.

Polecane modele

 

Foxeer Lollipop 2

https://avifly.pl/pl/anteny-fpv/foxeer-lollipop-2

Miniaturowa, bardzo wytrzymała antena dookólna dostępna w wielu wariantach. Sprawdzi się zarówno na nadajnikach, jak i odbiornikach FPV.

 

Pagoda

https://avifly.pl/pl/anteny-fpv/pagoda-2-antena-sma

Tania, wytrzymała antena dookólna o ponadprzeciętnej specyfikacji. Idealna do zastosowania na nadajniku, jak i odbiorniku FPV.

 

Aomway Triple Feed Patch

https://avifly.pl/pl/anteny-fpv/aomway-triple-feed

Mała antena kierunkowa o polaryzacji kołowej oraz świetnym zysku. Idealna do zastosowania na odbiorniku diversity, w celu zwiększenia zasięgu.

Comments

comments